2.3.4 Плакирование — термомеханический способ

Плакирование является наиболее совершенным методом защиты малостойких металлов сплавами или металлами, обладающими повышенной коррозионной стойкостью.

Способ плакирования заключается в том, что на матрицу основного металла накладывают с обеих сторон листы другого металла, затем весь пакет подвергают горячей прокатке. В результате термо- диффузии на границе раздела металлов получают прочное много­тонное изделие.

Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью: углеродистые и кислотостойкие стали, дюралюмины, сплавы меди.

В качестве защитного покрытия для плакирования используют алюминий, тантал, молибден, титан, никель, нержавеющие стали.

Толщина плакирующего слоя колеблется от 3 до 40% от тол­щины защищаемого металла. Плакированную сталь можно подвергать всем видам механической обработки, в том числе штамповке и сварке.

Металлургическая промышленность выпускает углеродистую сталь в виде листов марок Ст.3, 10, 15К, 20К и др., плакированную хромистыми, хромо-никелевыми и другими высоколегированными сталями (08Х17Т, 08X13, 10Х17Н13М2Т, 15Х25Т, 12Х18Н10Т и др.) различной толщины. Известны также сплавы, плакированные медью, серебром, алюминием. В электрохимической промышленности нашли широкое применение бианоды - плакированные электроды, основу которых составляет титан или тантал, а защитный слой состоит из платины, родия, иридия.

Метод плакирования позволяет экономить дорогостоящие метал­лы или высоколегированные сплавы и находит широкое применение в промышленности [22].

2.4 Лакокрасочные защитные покрытия

Лакокрасочные покрытия — один из самых распространенных и надежных способов защиты от коррозии. Они дешевы и доступны имеют простую технологию нанесения на поверхность, легко восстанавливаются в случае повреждения, отличаются разнообразием внешнего вида и цвета.

Ежегодно более 80 % металлоизделий, используемых в народном хозяйстве, подвергаются окрашиванию. В 1999г. производство лакокрасочных материалов достигло 26,7 млн.т. Это свидетельствует об огромных масштабах средств, вовлеченных в сферу производства этого вида противокоррозионной защиты.

Эффективность применения лакокрасочных покрытий, как показывают данные рисунка 2.1, целесообразна при условии долговечности эксплуатации не более 10 лет и скорости коррозии металла 0,05 мм/год. Если требуется повышение долговечности или скорость коррозии металла составляет 0,5-1,0мм/год, то следует применять комбинированные покрытия. Например, цинковые плюс лакокрасочное покрытие. Такое покрытие позволяет увеличить срок защиты до 30 лет.

Лакокрасочные покрытия классифицируются по условиям эксплуатации и по внешнему виду в соответствии с ГОСТ 9894-61.

Защитные действия лакокрасочного покрытия заключаются в создании на поверхности металлического изделия сплошной пленки, которая препятствует агрессивному воздействию окружающей среды и предохраняет металл от разрушения.

Компонентами лакокрасочных материалов служат пленкообразующие вещества, растворители, пластификаторы, пигменты, наполнители, катализаторы (сиккативы).

Лаки — это коллоидные растворы высыхающих масел или смол в органических растворителях. Защитное твердое покрытие образуется вследствие испарения растворителя или полимеризации масла или смолы при нагревании или под действием катализатора.

Краски представляют собой суспензию минеральных пигментов в пленкообразователе.

Эмали — это раствор лака, в который введены измельченные пигменты.

Пленкообразователи — это природные масла, естественные или искусственные смолы. Масла по своему составу представляют собой сложные эфиры, т.е. являются продуктом взаимодействия кислот и спиртов. В основу классификации масел положена их способность к высыханию.

Наиболее распространенный масляный пленкообразователь — олифа. Натуральную олифу получают из высыхающих раститель­ных масел, обработанных при 300 °С с целью частичной полимеризации. На воздухе олифа окисляется и полимеризуется до твердого состояния [22].

Растворители пленкообразующих веществ придают лакокрасоч­ным покрытиям такую вязкость, при которой они легко наносятся на поверхность. В дальнейшем растворители испаряются. Растворителями могут быть: спирты, ацетон, бензин, скипидар, толуол, ксилол, этилацетат и др.

Пластификаторы или смягчители — это вещества, повышаю­щие эластичность пленок после высыхания. К ним относятся касторовое масло, каучуки, дибутилфталат, трикрезилфосфат, эфиры адипиновой кислоты.

Количество пластификаторов, вводимых в смесь, составляет 20-75% от массы пленкообразователя.

Краски и пигменты вводят в состав лакокрасочных композиций для придания им определенного цвета. Краски растворяются в растворителях, а пигменты находятся в них в нерастворимом мелкодис­персном состоянии. Размер частиц от 0,5 до 5 мкм. В качестве пигментов используют охру, сурик свинцовый, хром свинцовый, цинковые белила, порошки металлов. Пигменты повышают твердость, атмосфер­ную и химическую стойкость, износостойкость и т.д.

Наполнители — это инертные вещества, которые вводят в лаки и краски для снижения расхода пигментов, а также для улучшения антикоррози­онных свойств пленки. К ним относятся мел, тальк, каолин, асбестовая пыль и др.

Наполнители образуют прочную основу всей пленки. Частицы исполнителя распределяются в пленке между частицами пигмента н заполняют имеющиеся в ней промежутки. Благодаря этому пленка приобретает повышенную влагостойкость и антикоррозионные свойства. Схема строения лакокрасочной пленки представлена на рисунке 2.7.

1 — пленкообразователь; 2 — на­полнитель; 3 — пигмент; 4 — ме­талл

Рисунок 2.7 - Строение лакокрасоч­ной пленки

Сиккативы, или катализаторы, представляют собой магниевые и кобальтовые соли жирных органических кислот. Их вводят в состав композиций для ускорения высыхания масляных пленок.

Успешная противокоррозионная защита лакокрасочными материалами в значительной степени зависит от соблюдения технологии получения покрытий. Основными факторами, влияющими на срои службы покрытия, являются:

• способ подготовки поверхности;

• методы нанесения и отверждения лакокрасочного покрытия;

• толщина комплексного покрытия.

Способы подготовки поверхности были рассмотрены ранее. Для оценки влияния подготовки поверхности можно привести такой пример. Срок службы покрытия эмалью MJI-12 (3 слоя), нанесенной по грунтовке ГФ-12 при пескоструйной обработке поверхности - 7 лет, при абразивной обработке - 9 лет, при обезжиривании - 3 года, при фосфатировании с активатором - 12 лет. Активатор способствует формированию на поверхности малопористого мелкокристаллического фосфатного слоя с хорошей адгезией к металлу. Размер кристаллов 5-20 мкм [22].

Метод нанесения также оказывает влияние на срок службы покрытия. Так, срок службы покрытия алкидной эмалью ПФ-115 (желтой) при нанесении в электрополе - 12 лет, пневмораспылением - 11 лет, безвоздушным распылением - 10 лет, струйным обливом 9 лет, окунанием - 8 лет. Разницу в сроках службы покрытий обьясняют различной структурой сформированных покрытий. Более мелкие и плотноупакованные структуры образуются при нанесении покрытий методом электростатического распыления.

Существуют противоречивые мнения по вопросу выбора толщины защитного лакокрасочного покрытия. По некоторым данным защитные свойства покрытия пропорциональны его толщине, по другим - повышение толщины не всегда приводит к увеличению его долговечности. Поэтому в каждом отдельном случае подбирается оптимальная толщина лакокрасочного покрытия.

Выбор лакокрасочного покрытия определяется условиями его эксплуатации. Для защиты аппаратов от воздействия кислот, щелочей, растворителей и агрессивных газов готовят лакокрасочные покрытия на основе фенолоформальдегидных, полихлорвиниловых, эпоксидных и фторорганических полимеров.

Лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных соединений устойчивы в растворах NaOH (до 25%) при нагревании до 125 °С, в соляной (до 25%), серной (до 70%), фосфорной и азотной кислотах. Они эластичны, влаго- и атмосферостойки в средах, содержащих С1₂, НС1, хлороформ. Обладают высокими электроизоляционными и механическими свойствами.

Лаки и краски на основе полихлорвинила устойчивы к азотной, соляной, серной, уксусной и другим кислотам, щелочам и маслам.

Они хорошо зарекомендовали себя в атмосферах, содержащих SO₂, SО₃, N₂O₃, NH₃, НС1. Их используют для защиты гальванических панн, аппаратов химводоочистки и др.

Полиуретановые лаки и краски применяют для защиты изделий из магниевых и алюминиевых сплавов. Они стойки в атмосфере нефтепродуктов.

Термостойкие покрытия получают на основе кремнийорганических соединений. Они могут длительно работать при температуре до 300 °С, кратковременно выдерживают 500-800°С. Такие краски и эмали используют для окрашивания вентиляционных и сушильных установок, теплообменников и др.

Таблица 2.2 - Распределение основных видов лакокрасочных покрытий

Тип лакокрасочного материала	США	Европа	Япония
	Общий объем производства, млн. тг.
	6,4	7,9	2,0
	Доля в общем объеме, %
ВСО	2,7	15	1,4
Водные	11	11	11
Порошковые	5,2	12,3	3,6
Органоразбавляемые	55	55	80

Требования по экологии создают самые большие сложности пр разработке прогрессивного ассортимента лакокрасочных материалов. По данным зарубежных фирм газовые выбросы, включающие растворители, составляют 100-185 г/м² окрашиваемой поверхности. В 1991 г. на автомобильных производствах Европы этот показатель составлял 90г/м². В 1993г. он снизился до 50г/м². Этому способствовало создание новых прогрессивных лакокрасочных материалов, отвечающих современным экологическим требованиям: с высоким сухим остатком (ВСО), водоразбавляемые и порошковые. В таблице 2.2 показана общая тенденция к переходу на использование технологически благоприятных лакокрасочных атериалов в трех основных регионах мира.

Материалы с высоким сухим остатком (ВСО) позволяет сократить на 30% потребление органических растворителей, снизить в среднем на 20-30 % расход лакокрасочных материалов, а также уве­личить в 1,5-2 раза срок службы покрытия. В нашей стране эти материалы находятся на стадии промышленного внедрения: полиэфирмеламиновая эмаль ПЭ-1282 (содержание нелетучих соединений - 65 %, режим сушки - 30 минут при 130 °С); эпоксиперхлорвиниловая эмаль ЭП-2154 (соответственно — 50 % и 3-5 часов при 20 °С). эпоксидная грунт-эмаль ЭП-5227.

Водоразбавляемые лакокрасочные материалы занимают одно из ведущих мест в ассортименте продукции, отвечающей современным экологическим требованиям. Водные материалы применяются в основном при окрашивании изделий методом электроосаждения. Для этой цели используются водоразбавляемые лакокрасочные материалы на основе пленкообразователей-электролитов. Для электроосаждения используют грунтовки В-КЧ-0207, В-КФ-093, ВЭП-0190, эмали В-ФЛ-11990, МС-278, В-ЭП-2100.

Порошковые краски — новый вид современных лакокрасочных материалов. Их применение позволяет практически исключить опасность загрязнения окружающей среды, снизить пожаро- и взрывобезопасность при работе. В настоящее время ведутся работы, направленные на усовершенствование и удешевление этого вида покрытий.

Новым классом современных лакокрасочных материалов являются модификаторы ржавчины [23].

Эффективность грунтовок-модификаторов определяется не только природой пленкообразователя, но и наличием специальных добавок обеспечивающих пропитку ржавчины и максимальную стабилизацию продуктов коррозии. Промышленность выпускает грунтовки-модификаторы на основе водоразбавляемых пленкообразователей (ВА-ВА-0112, ВД-ВА-01 ГИСИ, ВД-К4-0184, ВД-К4-0251) и эпоксидные модификаторы (ЭП-0180, ЭП-0199 и ЭП-0191).

Одним из направлений повышения защитных свойств покрытий является направленная модификация серийных лакокрасочных материалов. В качестве модификаторов могут быть использованы различные поверхностно-активные вещества, выпускаемые промышленностью. Защитные свойства таких покрытий обусловлены образованием на поверхности комплексов, обеспечивающих пассивность металла.

Замедлить протекание анодного коррозионного процесса можно и введением в лакокрасочную композицию ингибиторов коррозии. К ним относятся хроматы, фосфаты металлов, азотсодержащие и силаксановые соединения. Эффект действия таких соединений связан с растворением ингибитора в диффундирующей воде из внешней среды и последующей адсорбцией его ионов или молекул на активных центрах металла [23].